KR100521351B1 - Full adder - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전가산기 회로는 구동능력을 향상시키기 위해 앞단에는 CMOS 로직을 사용하였고, 빠른 데이터 전달을 위해 출력단에는 전송 게이트들을 사용하였다. 본 발명의 전가산기는 단일-레일의 구조와 유사하나, 반전된 입력 신호들이 필요없는 단일 입력을 사용하였다. 따라서, 본 발명의 전가산기 회로는 이중-레일(CPL)의 장점인 빠른 동작 속도를 가지면서 단일-레일(LEAP)의 장점인 저전력과 고집적도를 갖는다.The full adder circuit of the present invention uses CMOS logic at the front end to improve driving capability, and transfer gates at the output end for fast data transfer. The full adder of the present invention used a single input similar to the structure of a single-rail but without the need for inverted input signals. Thus, the full adder circuit of the present invention has a high operating speed, which is an advantage of a double-rail (CPL), and low power and high integration, which is an advantage of a single-rail (LEAP).
Description
본 발명은 로직 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전 가산기(full adder)에 관한 것이다.The present invention relates to logic circuits and, more particularly, to a full adder.
트랜지스터의 개수, 속도, 전력 소모, 그리고 레이아웃은 로직 회로를 설계하는데 있어서 매우 중요한 기준들이다.The number, speed, power consumption, and layout of transistors are very important criteria in designing logic circuits.
IEEE J. of Solid-state Circuits, vol.32, no. 7, pp1079-1090, July, 1997에 개시된 Reto Zimmenrmmann과 Wolfgang Fichtner의 "Low-Power Logic Styles : CMOS Versus Pass-Transistor Logic"에서는 CMOS 전가산기와 패스-트랜지스터 로직을 이용한 전가산기를 비교하여 설명하고 있다.IEEE J. of Solid-state Circuits, vol. 32, no. 7, "Low-Power Logic Styles: CMOS Versus Pass-Transistor Logic," by Reto Zimmenrmmann and Wolfgang Fichtner, published in pp. 779-1090, July, 1997, compares CMOS full adders and full adders using pass-transistor logic. .
CMOS로 구현된 전가산기에는 여러 종류가 있으나, 특히, 28 개의 트랜지스터로 구현된 CMOS 전가산기는 성능이 매우 우수하다. 그러나, 출력단에 직렬로 연결된 트랜지스터들 때문에 출력 구동 능력이 떨어져 지연(delay) 시간이 증가되고, CMOS 로직 자체의 쇼트 전류(short current)에 의해 소비 전력이 증가하는 단점이 있다.There are many types of full adders implemented in CMOS, but in particular, CMOS full adders implemented with 28 transistors have excellent performance. However, due to the transistors connected in series with the output terminal, the output driving ability is reduced, thereby increasing the delay time, and the power consumption is increased by the short current of the CMOS logic itself.
패스 트랜지스터 로직을 이용한 전가산기 가운데, 상보적인 신호를 입력받는 이중-레일(dual-rail; CPL)을 사용한 전가산기는 단일-레일(single-rail; LEAP)을 사용한 전가산기에 비해 속도면에서 가장 우수한 성능을 보인다. 그러나, 이중-레일을 사용함에 따른 와이어의 증가로 인해 전력 소모가 많고 레이아웃이 증가되는 단점이 있다.Of the full adders using pass transistor logic, the dual adder (CPL), which receives the complementary signal, is the fastest in terms of speed compared to the full adder using the single-rail (LEAP). Excellent performance However, there is a disadvantage in that power consumption and layout are increased due to the increase of wires due to the use of the double-rail.
다시 말하면, CMOS 전가산기는 집적도가 높으나 전력 소모가 많고 속도가 느리다는 단점이 있고, 패스 트랜지스터 로직으로 구현된 이중-레일 전가산기는 속도는 빠르나 전력 소모가 많고 집적도가 낮다는 단점이 있다.In other words, the CMOS full adder has a high density but consumes a lot of power and is slow. The double-rail full adder implemented with pass transistor logic has a high speed but high power consumption and low integration.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 속도가 빠르면서도 레이아웃 사이즈를 줄일 수 있는 전가산기를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and is to provide a full adder capable of reducing the layout size at a high speed.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 제 1 및 제 2 입력 신호, 그리고 캐리 입력 신호를 받아들여 합 신호와 캐리 출력 신호를 출력하는 전가산기는: 제 1 및 제 2 입력 신호, 그리고 캐리 입력 신호를 받아들여 합 신호와 캐리 출력 신호를 출력하는 전가산기는: 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들을 받아들여 낸드 연산하는 낸드 게이트와; 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들을 받아들여 노아 연산하는 노아 게이트와; 상기 노아 게이트의 출력 신호를 제 1 전압원으로 사용하고, 상기 낸드 게이트의 출력 신호를 반전시키는 제 1 인버터와; 상기 낸드 게이트의 출력 신호를 제 2 전압원으로 사용하고, 상기 노아 게이트의 출력 신호를 반전시키는 제 2 인버터와; 상기 노아 게이트의 출력 단자에 연결된 드레인, 상기 제 1 인버터의 출력 단자에 연결된 소스 및, 상기 제 1 입력 신호에 의해 제어되는 게이트를 가지는 P채널 MOS 트랜지스터와; 상기 낸드 게이트의 출력 단자에 연결된 드레인, 상기 제 1 인버터의 출력 단자에 연결된 소스 및, 상기 제 1 입력 신호에 의해 제어되는 게이트를 가지는 N채널 MOS 트랜지스터; 그리고 상기 캐리 입력 신호 및 반전된 입력 캐리 신호에 의해 제어되어 상기 제 1 인버터의 출력 단자의 신호 또는 상기 제 2 인버터의 출력 단자의 신호를 선택적으로 상기 합 신호로 출력하고, 상기 낸드 게이트의 출력 신호 또는 상기 노아 게이트의 출력 신호를 선택적으로 상기 캐리 출력 신호로 출력하는 출력 수단을 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the object of the present invention as described above, the full adder for receiving the first and second input signals and the carry input signal and outputting the sum signal and the carry output signal: A full adder that accepts a second input signal and a carry input signal and outputs a sum signal and a carry output signal includes: a NAND gate that accepts the first and second input signals and performs a NAND operation; A noah gate for accepting the first and second input signals and performing a noa operation; A first inverter using the output signal of the NOR gate as a first voltage source and inverting the output signal of the NAND gate; A second inverter using the output signal of the NAND gate as a second voltage source and inverting the output signal of the NOR gate; A P-channel MOS transistor having a drain connected to the output terminal of the NOR gate, a source connected to the output terminal of the first inverter, and a gate controlled by the first input signal; An N-channel MOS transistor having a drain connected to an output terminal of the NAND gate, a source connected to an output terminal of the first inverter, and a gate controlled by the first input signal; And controlled by the carry input signal and the inverted input carry signal to selectively output a signal of an output terminal of the first inverter or a signal of an output terminal of the second inverter as the sum signal, and an output signal of the NAND gate. Or output means for selectively outputting the output signal of the NOR gate as the carry output signal.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 출력 수단은, 입력단 및 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호 및 상기 반전된 캐리 입력 신호에 제어되어 상기 제 1 인버터의 출력을 상기 합 신호로 전달하는 제 1 전송 게이트와; 입력단 및 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호 및 상기 반전된 캐리 입력 신호에 제어되어 상기 제 2 인버터의 출력을 상기 합 신호로 전달하는 제 2 전송 게이트와; 입력단 및 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호 및 상기 반전된 캐리 입력 신호에 제어되어 상기 낸드 게이트의 출력을 상기 캐리 출력 신호로 전달하는 제 3 전송 게이트; 그리고 입력단 및 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호 및 상기 반전된 캐리 입력 신호에 제어되어 상기 노아 게이트의 출력을 상기 캐리 출력 신호로 전달하는 제 4 전송 게이트를 포함한다.In a preferred embodiment, the output means comprises: a first transmission gate having an input terminal and an output terminal and controlled by the carry input signal and the inverted carry input signal to transfer the output of the first inverter as the sum signal; A second transmission gate having an input terminal and an output terminal and controlled by the carry input signal and the inverted carry input signal to transfer the output of the second inverter as the sum signal; A third transmission gate having an input terminal and an output terminal and controlled by the carry input signal and the inverted carry input signal to transfer an output of the NAND gate to the carry output signal; And a fourth transmission gate having an input terminal and an output terminal and controlled by the carry input signal and the inverted carry input signal to transfer an output of the noah gate to the carry output signal.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 인버터는 하나의 전류 통로와, 상기 낸드 게이트의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 P채널 MOS 트랜지스터 및; 하나의 전류 통로와, 상기 낸드 게이트의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 N채널 MOS 트랜지스터를 포함한다. 상기 P채널 MOS 트랜지스터 및 N채널 MOS 트랜지스터의 전류 통로들은 전원 전압과 상기 노아 게이트의 출력단 사이에 직렬로 순차적으로 형성된다.In a preferred embodiment, the first inverter comprises: a P-channel MOS transistor having one current path and a gate controlled by the output of the NAND gate; And an N-channel MOS transistor having one current path and a gate controlled by the output of the NAND gate. Current paths of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are sequentially formed in series between a power supply voltage and an output terminal of the NOR gate.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 인버터는 하나의 전류 통로와, 상기 낸드 게이트의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 P채널 MOS 트랜지스터 및; 하나의 전류 통로와, 상기 낸드 게이트의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 N채널 MOS 트랜지스터를 포함한다. 상기 P채널 MOS 트랜지스터 및 N채널 MOS 트랜지스터의 전류 통로들은 상기 낸드 게이트의 출력단과 접지 전압 사이에 직렬로 순차적으로 형성된다.In a preferred embodiment, the second inverter comprises: a P-channel MOS transistor having one current path and a gate controlled by the output of the NAND gate; And an N-channel MOS transistor having one current path and a gate controlled by the output of the NAND gate. Current paths of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are sequentially formed in series between the output terminal of the NAND gate and the ground voltage.
이와 같은 장치에 의해서, 패스 트랜지스터 로직으로 구현된 이중-레일(CPL) 전가산기와 같은 빠른 동작 속도를 가지면서도 단일-레일(LEAP)의 CMOS 전가산기와 같이 고집적도를 갖는 전가산기 회로를 구현할 수 있다.With such a device, it is possible to implement a high integration full adder circuit, such as a single-rail CMOS full adder, with a high operating speed, such as a double-rail full adder implemented with pass transistor logic. have.
(실시예)(Example)
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전가산기 회로의 블럭도이다.1 is a block diagram of a full adder circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전가산기 회로(1)는 n-비트의 제 1 입력 신호(A)와 n-비트의 제 2 입력 신호(Bi)를 받아들여 합 신호들(S1 ~ Sn)과 캐리 신호들(C1 ~ Cn)을 출력한다. 상기 전가산기 회로(1)는 n 개의 전가산기들(10_1, 10_2, …, 10_n)로 구성된다. i 번째 전가산기(10_i)는 이전 단(10_i-1)으로부터 입력되는 캐리 신호(Ci)와 제 1 입력 신호(Ai), 그리고 제 2 입력 신호(Bi)를 더하여 합 신호(Si)와 캐리 신호(Ci)를 출력한다.Referring to FIG. 1, the full adder circuit 1 according to a preferred embodiment of the present invention receives an n-bit first input signal A and an n-bit second input signal Bi , and sums the signals. (S 1 ~ S n ) and carry signals (C 1 ~ C n ) are output. The full adder circuit 1 is composed of n full adders 10_1, 10_2,..., 10_n. The i th full adder 10_ i adds a carry signal C i , a first input signal A i , and a second input signal B i input from the previous stage 10_ i-1 to add up the sum signal ( S i ) and a carry signal C i are output.
상기 n 개의 전가산기들(10_1, 10_2, …, 10_n) 가운데 i 번째 전가산기의 상세한 회로도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 전가산기(10_i)는 인버터들(12, 18, 20, 34, 36), 낸드 게이트(14), 노아 게이트(16), PMOS 트랜지스터(22), NMOS 트랜지스터(24), 그리고 전송 게이트들(26 ~ 32)을 포함한다. 상기 낸드 게이트(14)는 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들(Ai, Bi)을 받아들여 낸드 연산한다. 상기 노아 게이트(16)는 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)을 받아들여 노아 연산한다.A detailed circuit diagram of the ith full adder among the n full adders 10_1, 10_2,..., 10_n is shown in FIG. 2. Referring to FIG. 2, the full adder 10_ i includes inverters 12, 18, 20, 34, 36, NAND gate 14, NOR gate 16, PMOS transistor 22, and NMOS transistor 24. ), And transmission gates 26 to 32. The NAND gate 14 receives the first and second input signals A i and B i and performs a NAND operation. The NOR gate 16 receives the two input signals A i and B i and performs a NOR operation.
상기 제 1 인버터(18)는 전원 전압(VDD)과 상기 노아 게이트(16)의 출력 단자 사이에 직렬로 순차적으로 형성된 전류 통로와 상기 낸드 게이트(14)의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 PMOS 트랜지스터(40) 및 NMOS 트랜지스터(42)로 구성된다. 상기 제 2 인버터(20)는 상기 낸드 게이트(14)의 출력 단자와 접지 전압(VSS) 사이에 직렬로 순차적으로 형성된 전류 통로와 상기 노아 게이트(16)의 출력에 의해 제어되는 게이트를 갖는 PMOS 트랜지스터(44) 및 NMOS 트랜지스터(46)로 구성된다. 즉, 상기 제 1 인버터(18)는 상기 노아 게이트(16)의 출력 신호가 로우 레벨인 동안 상기 낸드 게이트(14)의 출력 신호를 반전시킨다. 상기 제 2 인버터(20)는 상기 낸드 게이트(14)의 출력 신호가 하이 레벨인 동안 상기 노아 게이트(16)의 출력 신호를 반전시킨다.The first inverter 18 has a current path sequentially formed between a power supply voltage VDD and an output terminal of the NOR gate 16 and a PMOS transistor having a gate controlled by an output of the NAND gate 14. 40 and an NMOS transistor 42. The second inverter 20 has a current path sequentially formed in series between the output terminal of the NAND gate 14 and the ground voltage VSS and a PMOS transistor having a gate controlled by the output of the NOR gate 16. And an NMOS transistor 46. That is, the first inverter 18 inverts the output signal of the NAND gate 14 while the output signal of the NOR gate 16 is at a low level. The second inverter 20 inverts the output signal of the NOR gate 16 while the output signal of the NAND gate 14 is at a high level.
상기 PMOS 트랜지스터(22)는 상기 노아 게이트(16)의 출력 단자와 연결된 드레인, 상기 제 1 인버터(18)의 출력 단자와 연결된 소스, 그리고 상기 제 1 입력 신호(Ai)에 의해 제어되는 게이트를 갖는다. 상기 NMOS 트랜지스터(24)는 상기 낸드 게이트(14)의 출력 단자와 연결된 드레인, 상기 제 2 인버터(20)의 출력 단자와 연결된 소스, 그리고 상기 제 2 입력 신호(Bi)에 의해 제어되는 게이트를 갖는다.The PMOS transistor 22 is connected to a drain connected to an output terminal of the NOR gate 16, a source connected to an output terminal of the first inverter 18, and a gate controlled by the first input signal A i . Have The NMOS transistor 24 has a drain connected to an output terminal of the NAND gate 14, a source connected to an output terminal of the second inverter 20, and a gate controlled by the second input signal Bi . Have
상기 제 1 전송 게이트(26)는 상기 제 1 인버터(18)의 출력 단자와 연결된 입력단, 제 4 인버터(34)의 입력단과 연결된 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호(Ci-1) 및 상기 제 3 인버터(12)를 통해서 반전된 상기 캐리 입력 신호(/Ci-1)에 제어되어서 상기 제 1 인버터(18)의 출력을 상기 제 4 인버터(34)로 전달한다.The first transmission gate 26 has an input terminal connected to the output terminal of the first inverter 18, an output terminal connected to the input terminal of the fourth inverter 34, and the carry input signal C i-1 and the first terminal. 3 is controlled by the carry input signal / C i-1 which is inverted through the inverter 12 to transmit the output of the first inverter 18 to the fourth inverter 34.
상기 제 2 전송 게이트(28)는 상기 제 2 인버터(20)의 출력 단자와 연결된 입력단, 제 4 인버터(34)의 입력단과 연결된 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호(Ci-1) 및 상기 제 3 인버터(12)를 통해서 반전된 상기 캐리 입력 신호(/Ci-1)에 제어되어서 상기 제 2 인버터(20)의 출력을 상기 제 4 인버터(34)로 전달한다.The second transmission gate 28 has an input terminal connected to the output terminal of the second inverter 20, an output terminal connected to the input terminal of the fourth inverter 34, and the carry input signal C i-1 and the first terminal. 3 is controlled by the carry input signal / C i-1 , which is inverted through the inverter 12, to transfer the output of the second inverter 20 to the fourth inverter 34.
상기 제 3 전송 게이트(30)는 상기 낸드 게이트(14)의 출력 단자와 연결된 입력단, 제 5 인버터(36)의 입력단과 연결된 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호(Ci-1) 및 상기 제 3 인버터(12)를 통해서 반전된 상기 캐리 입력 신호(/Ci-1)에 제어되어서 상기 낸드 게이트(14)의 출력을 상기 제 5 인버터(36)로 전달한다.The third transmission gate 30 has an input terminal connected to the output terminal of the NAND gate 14, an output terminal connected to the input terminal of the fifth inverter 36, and the carry input signal Ci -1 and the third terminal. The output of the NAND gate 14 is transmitted to the fifth inverter 36 by being controlled by the carry input signal / C i-1 , which is inverted through the inverter 12.
상기 제 4 전송 게이트(32)는 상기 노아 게이트(16)의 출력 단자와 연결된 입력단, 제 5 인버터(36)의 입력단과 연결된 출력단을 가지며, 상기 캐리 입력 신호(Ci-1) 및 상기 제 3 인버터(12)를 통해서 반전된 상기 캐리 입력 신호(/Ci-1)에 제어되어서 상기 노아 게이트(16)의 출력을 상기 제 5 인버터(36)로 전달한다.The fourth transmission gate 32 has an input terminal connected to the output terminal of the NOR gate 16, an output terminal connected to the input terminal of the fifth inverter 36, and the carry input signal C i-1 and the third terminal. The inverted through the inverter 12 is controlled by the carry input signal / C i-1 to transfer the output of the NOR gate 16 to the fifth inverter 36.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전가산기는 구동능력을 향상시키기 위해 앞단에는 CMOS 로직을 사용하였고, 빠른 데이터 전달을 위해 출력단에는 전송 게이트들(26 ~ 32)을 사용하였다. 본 발명의 전가산기는 단일-레일의 구조와 비슷해 보이지만(C, /C), 더 이상의 반전된 신호들( /Ai, /Bi)이 필요없는 단일 입력(Ai, Bi)을 사용하였다. 따라서, 이중-레일(CPL)의 장점인 빠른 동작 속도를 가지면서 단일-레일(LEAP)의 장점인 저전력과 고집적도를 갖는다.The full adder of the present invention having the configuration as described above uses CMOS logic at the front end to improve driving capability, and transfer gates 26 to 32 at the output end for fast data transfer. The full adder of the present invention looks similar to the structure of a single-rail (C, / C), but uses a single input (A i , B i ) that no longer requires inverted signals (/ A i , / B i ). It was. Thus, it has a low power and high density, which is an advantage of the single-rail (LEAP), while having a high operating speed, which is the advantage of the double-rail (CPL).
계속해서 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전가산기의 동작이 설명된다.Subsequently, the operation of the full adder according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
상기 전 가산기(10)는 일반적인 전가산기의 진리표(truth table)와 동일하게 동작한다. 다음 표 1은 일반적인 전가산기의 진리표이다.The full adder 10 operates in the same way as a truth table of a general full adder. The following table 1 is a truth table of a general full adder.
[표 1]TABLE 1
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 캐리 입력 신호(Ci-1)가 논리 '0'일 때, 상기 합 신호(Si)는 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)의 익스클루시브 오아(Exclusive OR; EOR) 연산 결과와 동일하고, 캐리 출력 신호(Ci)는 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)의 앤드(AND) 연산 결과와 동일하다. 캐리 입력 신호(Ci-1)가 논리 '1'일 때, 상기 합 신호(Si)는 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)의 익스클루시브 노아(Exclusive NOR; ENOR) 연산 결과와 동일하고, 캐리 출력 신호(Ci)는 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)의 오아(OR) 연산 결과와 동일하다.As can be seen in Table 1, exclude the carry input signal (C i-1) is when the logic "0", each of the sum signal (S i) are the two input signals (A i, B i) Same as the result of the exclusive OR (EOR) operation, and the carry output signal C i is the same as the AND operation result of the two input signals A i and B i . When the carry input signal C i-1 is a logic '1', the sum signal S i is a result of an Exclusive NOR (ENOR) operation of the two input signals A i and B i . And the carry output signal C i is the same as the result of the OR operation of the two input signals A i and B i .
예를 들어, 상기 캐리 입력 신호(Ci)가 로우 레벨인 동안, 상기 제 1 및 제 3 전송 게이트들(26, 30)이 인에이블되고, 상기 제 1 및 제 3 전송 게이트들(26, 30)은 상기 인버터(18)와 상기 낸드 게이트(14)의 출력을 받아들여 인버터들(34, 36)로 각각 전달한다.For example, while the carry input signal C i is at a low level, the first and third transfer gates 26 and 30 are enabled, and the first and third transfer gates 26 and 30. ) Receives the outputs of the inverter 18 and the NAND gate 14 and delivers them to the inverters 34, 36, respectively.
먼저, 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 각각 로우 레벨(즉, 논리 '0')일 때, 상기 낸드 게이트(14)와 노아 게이트(16)의 출력 신호는 각각 하이 레벨(즉, 논리 '1')로 된다. 따라서, 상기 제 1 인버터(18)의 전압원은 하이 레벨로 되어 불완전한 하이 레벨의 신호를 출력하지만, 상기 제 1 입력 신호(Ai)에 의해 상기 PMOS 트랜지스터(22)가 턴 온되어 상기 노아 게이트(16)의 출력인 하이 레벨이 노드(N1)로 전달된다. 따라서, 상기 제 1 및 제 3 전송 게이트들(26, 30)은 각각 상기 인버터(18)와 상기 낸드 게이트(14)의 출력 신호인 하이 레벨을 받아들여 이를 인버터들(34, 36)로 각각 전달한다. 그 결과, 상기 합 신호(Si)와 캐리 출력 신호(Ci)는 인버터들(34, 36)에 의해 각각 로우 레벨로 된다.First, when the two input signals A i and B i are each low level (ie, logic '0'), the output signals of the NAND gate 14 and the noah gate 16 are each high level (ie, , Logic '1'). Accordingly, the voltage source of the first inverter 18 becomes a high level and outputs an incomplete high level signal. However, the PMOS transistor 22 is turned on by the first input signal A i so that the Noah gate ( The high level, which is the output of 16, is passed to node N1. Accordingly, the first and third transfer gates 26 and 30 respectively receive a high level, which is an output signal of the inverter 18 and the NAND gate 14, and transfer the same to the inverters 34 and 36, respectively. do. As a result, the sum signal (S i) and the carry output signal (C i) are respectively a low level by the inverter (34, 36).
상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 각각 로우 레벨, 하이 레벨일 때, 상기 낸드 게이트(14)와 노아 게이트(16)의 출력 신호는 각각 하이 레벨, 그리고 로우 레벨로 된다. 따라서, 상기 제 1 인버터(18)의 출력은 로우 레벨로 된다. 로우 레벨의 상기 제 1 입력 신호(Ai)에 의해 상기 PMOS 트랜지스터(22)가 턴 온되더라도 상기 노드(N1)는 로우 레벨 상태를 유지한다. 그 결과, 상기 합 신호(Si)와 캐리 출력 신호(Ci)는 인버터들(34, 36)에 의해 각각 하이 레벨과 로우 레벨로 된다.When the two input signals A i and B i are at the low level and the high level, respectively, the output signals of the NAND gate 14 and the NOR gate 16 are at the high level and the low level, respectively. Thus, the output of the first inverter 18 goes low. The node N1 maintains a low level even when the PMOS transistor 22 is turned on by the low level first input signal A i . As a result, the sum signal (S i) and the carry output signal (C i) are respectively the high level and the low level by the inverter (34, 36).
상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 각각 하이 레벨, 로우 레벨일 때, 상기 낸드 게이트(14)와 노아 게이트(16)의 출력 신호는 각각 하이 레벨, 그리고 로우 레벨로 된다. 따라서, 상기 제 1 인버터(18)의 출력은 로우 레벨로 된다. 상기 제 1 입력 신호(Ai)가 하이 레벨이므로, 상기 PMOS 트랜지스터(22)는 턴 오프된다. 그 결과, 상기 합 신호(Si)와 캐리 출력 신호(Ci)는 인버터들(34, 36)에 의해 각각 하이 레벨과 로우 레벨로 된다.When the two input signals A i and B i are at the high level and the low level, respectively, the output signals of the NAND gate 14 and the NOR gate 16 are at the high level and the low level, respectively. Thus, the output of the first inverter 18 goes low. Since the first input signal A i is at a high level, the PMOS transistor 22 is turned off. As a result, the sum signal (S i) and the carry output signal (C i) are respectively the high level and the low level by the inverter (34, 36).
상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 모두 하이 레벨일 때, 상기 낸드 게이트(14)와 노아 게이트(16)의 출력 신호는 모두 로우 레벨로 된다. 따라서, 상기 제 1 인버터(18)의 출력은 하이 레벨로 된다. 상기 제 1 입력 신호(Ai)가 하이 레벨이므로, 상기 PMOS 트랜지스터(22)는 턴 오프된다. 그 결과, 상기 합 신호(Si)와 캐리 출력 신호(Ci)는 인버터들(34, 36)에 의해 각각 로우 레벨과 하이 레벨로 된다.When the two input signals A i and B i are both at a high level, the output signals of the NAND gate 14 and the NOR gate 16 are both at a low level. Thus, the output of the first inverter 18 is at a high level. Since the first input signal A i is at a high level, the PMOS transistor 22 is turned off. As a result, the sum signal (S i) and the carry output signal (C i) are respectively a low level and the high level by the inverter (34, 36).
상기 캐리 입력 신호(Ci-1)가 하이 레벨(즉, 논리 '1')인 동안 제 2 및 제 4 전송 게이트들(28, 32)이 인에이블되고, 상기 제 2 및 제 4 전송 게이트들(28, 32)은 상기 인버터(24)와 노아 게이트(16)의 출력을 각각 상기 인버터들(34, 36)로 전달한다.Second and fourth transfer gates 28 and 32 are enabled while the carry input signal C i-1 is at a high level (ie, logic '1') and the second and fourth transfer gates are enabled. Reference numerals 28 and 32 transmit the outputs of the inverter 24 and the Noah gate 16 to the inverters 34 and 36, respectively.
상기 캐리 입력 신호(Ci-1)가 하이 레벨인 동안 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)에 대한 상기 전가산기 회로(10)의 동작은 상기 캐리 입력 신호가(Ci-1)가 로우 레벨일 때의 동작과 동일하다. 한 가지 주의할 것은, 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 모두 하이 레벨일 때이다. 상기 두 입력 신호들(Ai, Bi)이 모두 하이 레벨이면, 상기 낸드 게이트(14)와 노아 게이트(16)의 출력은 모두 로우 레벨로 된다. 따라서, 상기 인버터(20)의 전압원은 접지 전압(GND)이 되고, PMOS 트랜지스터(44)가 턴 온되므로서 상기 노드(N2)에는 상기 PMOS 트랜지스터(44)의 드레솔드 전압(VT44)이 인가된다. 이 때, 상기 제 1 입력 신호(Ai)가 하이 레벨이므로, 상기 NMOS 트랜지스터(24)가 턴 온되어 상기 노드(N2)는 완전한 로우 레벨로 된다. 따라서, 상기 합 신호(Si)와 캐리 출력 신호(Ci)는 상기 인버터들(34, 36)에 의해 모두 하이 레벨로 된다.The operation of the full adder circuit 10 with respect to the two input signals A i , B i while the carry input signal C i-1 is at a high level causes the carry input signal C i-1 to operate. Is the same as when is at the low level. One thing to note is when the two input signals A i , B i are both at a high level. If the two input signals A i and B i are both at a high level, the outputs of the NAND gate 14 and the NOR gate 16 are both at a low level. Therefore, the voltage source of the inverter 20 becomes the ground voltage GND, and the PMOS transistor 44 is turned on so that the threshold voltage V T44 of the PMOS transistor 44 is applied to the node N2. do. At this time, since the first input signal A i is at a high level, the NMOS transistor 24 is turned on so that the node N2 is at a completely low level. Thus, the sum signal (S i) and the carry output signal (C i) is at a high level both by the inverter (34, 36).
상술한 바와 같은 본 발명의 전가산기 회로(10)는 이중-레일(CPL)과 같은 빠른 동작 속도를 가지면서 단일-레일(LEAP)의 저전력 소모와 고집적도를 갖는 최적화된 성능을 갖는다.The full adder circuit 10 of the present invention as described above has an optimized performance with low power consumption and high degree of integration of a single rail (LEAP) while having a fast operating speed such as a double-rail (CPL).
도 3a 및 도 3b는 0.24 μm CMOS 공정을 사용하여 구현된 CMOS, LEAP, CPL 전가산기들 그리고 본 발명의 전가산기를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면으로, 도 3a는 합 신호(Si)를 보여주고 있고, 도 3b는 캐리 출력 신호(Ci)를 보여주고 있다.3A and 3B show simulation results of CMOS, LEAP, CPL full adders and the full adder of the present invention implemented using a 0.24 μm CMOS process, and FIG. 3A shows the sum signal S i . 3b shows the carry output signal C i .
다음 표 2는 도 3a 및 도 3b에 도시된 시뮬레이션 결과를 보여주는 표이다.Table 2 below shows the simulation results shown in FIGS. 3A and 3B.
[표 2]TABLE 2
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전가산기는 패스 트랜지스터 로직으로 구현된 이중-레일(CPL) 전가산기와 같은 빠른 동작 속도(지연 시간 0.3 ns)를 가지면서도 단일-레일(LEAP)의 CMOS 전가산기와 같이 고집적도를 갖는다. 더욱이, 본 발명의 전가산기는 상기 패스 트랜지스터 로직으로 구현된 이중-레일(CPL) 전가산기와 단일-레일(LEAP)의 CMOS 전가산기보다 전력 소비가 적은 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 2, the full adder of the present invention has the same fast operating speed (delay time 0.3 ns) as a double-rail (CPL) full adder implemented with pass transistor logic, but is also a single-rail (LEAP). It has a high degree of integration like a CMOS full adder. Further, it can be seen that the full adder of the present invention consumes less power than the double-rail (CPL) full adder implemented with the pass transistor logic and the single-rail CMOS full adder.
예시적인 바람직한 실시예들을 이용하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 잘 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위에는 다양한 변형 예들 및 그 유사한 구성들을 모두 포함될 수 있도록 하려는 것이다. 따라서, 청구 범위는 그러한 변형 예들 및 그 유사한 구성들 모두를 포함하는 것으로 가능한 폭넓게 해석되어야 한다.While the invention has been described using exemplary preferred embodiments, it will be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments. Rather, the scope of the present invention is intended to include all of the various modifications and similar configurations. Accordingly, the claims should be construed as broadly as possible to encompass all such modifications and similar constructions.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 이와 같은 장치에 의해서, 패스 트랜지스터 로직으로 구현된 이중-레일(CPL)전가산기와 같은 빠른 동작 속도를 가지면서도 단일-레일(LEAP)의 CMOS 전가산기와 같이 고집적도를 갖는 전가산기 회로가 구현된다.According to the present invention as described above, such a device has the same high speed as a single-rail CMOS full adder while having the same fast operating speed as a double-rail full adder implemented with pass transistor logic. A full adder circuit having is implemented.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전가산기 회로의 블럭도;1 is a block diagram of a full adder circuit in accordance with a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전가산기 회로를 보여주는 도면; 그리고2 shows a full adder circuit according to a preferred embodiment of the present invention; And
도 3a 및 도 3b는 0.24 μm CMOS 공정을 사용하여 CMOS, LEAP, CPL, 그리고 본 발명의 전가산기를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.3A and 3B show simulation results of CMOS, LEAP, CPL, and the full adder of the present invention using a 0.24 μm CMOS process.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 전가산기 회로 10_1, 10_2, …, 10_n : 전가산기1: full adder circuits 10_1, 10_2,. , 10_n: Full adder
12, 18, 20, 34, 36 : 인버터 14 : 낸드 게이트12, 18, 20, 34, 36: Inverter 14: NAND gate
16 : 노아 게이트 22, 40, 44 : PMOS 트랜지스터16: Noah gate 22, 40, 44: PMOS transistor
24, 42, 46 : NMOS 트랜지스터 26, 28, 30, 32 : 전송 게이트24, 42, 46: NMOS transistors 26, 28, 30, 32: transfer gate
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